Az elektromos meghajtás az űrben egy olyan sugárhajtás, ahol az áramot áramforrásként használják a folyadék gyorsítására. Ellentétben a vegyi hajtóanyagot , az ilyen típusú meghajtási nem nyújt kiterjedt elég nagy (kevésbé kiterjedt, mint 1 Newton vagy 100 gramm erő ) Forgalombahelyezési pályáján mesterséges holdak hanem egy adott impulzus nagyon magas, ez lehetővé teszi, hogy csökkentsék igen jelentős mértékben (legfeljebb tízszer) a hajtóanyagok tömege, amely a gép mozgatásához szükséges az űrben, a hajtás egyéb típusaihoz képest. Az elektromos energiát általában napelemek szolgáltatják , de származhat egy radioizotóp termoelektromos generátorból (RTG) is.
A tológépek prototípusait az 1960-as években fejlesztették ki , de csak a 2000-es évek óta terjedt el a geostacionárius pályán keringő műholdak orbitális korrekciója , valamint a Naprendszer feltárása bizonyos űrszondákon ( Smart 1 , Dawn , Hayabusa , BepiColombo ). Számos technika létezik együtt, de két kategóriát különösen kifejlesztenek: a Hall motorokat és az ionmotorokat a rácsokhoz .
Az elektromos tér meghajtásának fogalmát viszonylag egyszerre és egymástól függetlenül írja le 1906-ban Robert Goddard , az űrkutatás úttörői 1906-ban és Constantin Csiolkovsky 1911-ben. A megvalósítás különböző módszereit Hermann Oberth , 1929-ben, majd Shepherd írja le. és Cleaver, az Egyesült Királyságban , 1949-ben . Az első gyakorlati kutatás az 1960-as években kezdődött, az űrkorszak kezdetén . Ők végzik az USA által Glenn Research Center of NASA , a JPL és kutató laboratóriumok Hughes és Szovjetunió számos kutató laboratóriumok. Az első kísérleti elektromos hajtóművek, amelyeket az űrben használnak, ionos motorok, higanyt vagy céziumot használnak folyadékként . A szovjet kutatás a Hall-hatású motorokra összpontosít , míg az amerikai kutatókat különösen a rácsionos motorok érdeklik .
Pár SPT-60-as motor telepítése a szovjet meteorológiai műholdak Meteor fedélzetére (először 1971-ben dobták piacra) jelenti az elektromos űrhajtás első operatív alkalmazását. Ezeket a Hall-effektusú motorokat arra használják, hogy műholdakat tartsanak pályájukon. A japán dob 1995 a Satellite Engineering Test Satellite VI , amely fel van szerelve egy ion motor rácsok. Az Egyesült Államokban az első kereskedelmi felhasználás 1997-ben kezdődött az XIPS ( Xenon Ion Propulsion System ) motorokkal felszerelt Hughes telekommunikációs műholdak elindításával . Az 1998-ban indított Deep Space 1 űrszonda az első űrhajó, amely a naprendszer feltárására szolgál, és amelynek fő meghajtását elektromos motor biztosítja.
A meghajtás sokkal kisebb tolóerőt produkál, mint a hagyományos kémiai meghajtási rendszereké, de a tolóerőt sokkal hosszabb időintervallumban hajtják végre. Ennek a technológiának azonban vannak hátrányai:
A magnetoplazmadinamikus tolóerő hasonló az ilyen típusú meghajtáshoz.
Az elektromos hajtóművek három kategóriába sorolhatók:
| Gyorsító mechanizmus | Motor | Specifikus impulzus ( ok ) | Tolóerő ( N ) (tájékoztató értékek) |
|---|---|---|---|
| Elektrotermikus meghajtás | Resistojet | ||
| Arcjet | 500 - 2000 | 0,15 - 0,30 | |
| VASIMR | változó 1000 - 30 000 |
10 - 500 változó |
|
| Elektromágneses meghajtás ( Lorentz erők ) |
Magnetoplazmadinamikus thruster (MPD) és LFA ( Lorentz Force Accelerator ) | 1000 - 10 000 | 20 - 200 |
| súly- meghajtású hajtómű (ElPT) | 1000 - 10 000 | 1 × 10 −3 - 100 | |
| Pulzáló MPD = pulzáló plazma thruster (in) (PPT) | |||
| Elektrosztatikus meghajtás | Cézium érintkezés | 7000 | 4 × 10 −3 |
| Terepi emissziós tolóerő (FEEP) | 5000 - 8000 | 10 × 10 −6 - 2,5 × 10 −3 | |
| Ionikus rácsmotor | 3000-8000 | 0,05-0,5 | |
| RIT thruster (rádiófrekvenciás ionizációs thruster) | 18 × 10 −3 - 100 × 10 −3 | ||
| Helicon kettős réteg | |||
| Hall-effektus (SPT, PPS, ALT) | 1 000 - 3 000 | 10 × 10 −3 - 1,5 |
A nagyon alacsony lökések miatt ez a hajtástípus ideális az erek vagy műholdak orientációjának korrekciójához a pályán vagy egy másik égitest felé vezető pályán. Ez kiküszöböli annak szükségességét, hogy a tervezők beépítsék a hajóba a nehéz monopropellens ( RCS ) vagy a reakció kerék rendszereket . Ezeknek a motoroknak az alacsony fogyasztása szintén lehetővé teszi ennek a szerepnek a teljesítését nagyon hosszú ideig.
E motorok működési elve nagyban korlátozza a tolóerőt, de nagyon hosszú működési időt tesz lehetővé. Ezért nem mindig a legjobb választás egy űrhajó számára, de felhasználásuk alkalmas a gyakori és ismételt használatra, hogy a műholdakat nagyon precíz pályán tartsák fenn. Ezen túlmenően e nagyon kevés mozgó alkatrészt tartalmazó motorok jellege nagyon jó megbízhatóságot biztosít számukra az idő múlásával (a vegyi motorok sokkal nagyobb mechanikai és hőterhelésnek vannak kitéve, és élettartama meglehetősen korlátozott).
A VASIMR típusú elektromos meghajtó modul jelenleg építés alatt áll, és a Nemzetközi Űrállomáson kell tesztelni . A nemzetközi űrállomás meglehetősen alacsony pályája miatt még mindig a légkör hatásai által érintett és naponta elveszít néhány méteres magasságot (aerodinamikai ellenállás). Egy ilyen motor lenne a legalkalmasabb megoldás stabil pályán tartására.
A NASA 1998-ban elindított Deep Space 1 űrszondája elsőként villanymotort használt űrhajtási rendszerként. A szonda Smart-1 , az Európai Űrügynökség 2004-ben indult, és helyezzük körül kering a Hold segítségével elektromos meghajtás. Ő használt a motor PPS-1350 , a Snecma , amely során a túlfeszültség 9 gramm erő . Ez az első európai szonda, amely csatlakozik a Naprendszer testéhez, és ott villamos meghajtással kering.
Ezek a motorok a következők: